CN102863379A - 一种用于重金属测定的分析试剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新的用于重金属测定的分析试剂。该分析试剂具有通式(Ⅰ)的化学结构，它能和铅、镉、汞生成稳定的络合物，其络合物可在反相液相色谱柱上得到分离，通过可见光度检测器检测，可准确测定环境样品中的痕量铅、镉、汞，方法的检测限可达ng/L级。本发明的测定结果用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法作对照，结果相符合，说明方法测定结果可靠。

Description

一种用于重金属测定的分析试剂及其制备方法

技术领域

本发明属于环境分析化学领域，更具体地说，本发明涉及一种新的分析试剂。同时，本发明还涉及该试剂的制备方法和其在环境水样、土壤和植物样品铅、镉、汞测定中的应用。

背景技术

铅、镉、汞是是环境中危害比较大的重金属元素，铅能破坏血液，使红血球分解，同时通过血液扩散到全身器官和组织并进入骨骼，造成挠骨神经麻痹及手指震颤症。镉中毒可使肌肉萎缩关节变形，骨胳疼痛难忍，不能入睡，发生病理性骨折。汞会使神经中枢破坏而神经失常，坐立不安，痛苦万分。因此，环境样品中铅、镉、汞的准确测定是非常必要的。

目前、铅、镉、汞等重金属元素含量测定的方法有分光光度法、原子吸收法、原子荧光法、等离子体发射光谱法,等离子体质谱法等。近年来，用高效液相色谱法测定重金属也得到广泛应用，该类方法通过柱前衍生，让重金属元素和有机试剂生成稳定的有色络合物，络合物通过色谱柱分离后再用紫外可见光度检测器检测测定。柱前衍生试剂是该类分析方法的关键，目前常用于重金属元素测定的柱前衍生试剂主要有卟啉类试剂、吡啶偶氮类试剂、喹啉偶氮类试剂、若丹宁类试剂等。这些试剂有的生成络合物不够稳定，有的灵敏度低，实际应用并不广泛;而且对于一些重金属元素含量低的环境样品，普通液相色谱法灵敏度也不能满足测定的要求。对此，迫切地需要加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种新的分析试剂。

本发明的另一目的是提供一种所述分析试剂的制备方法。

本发明进一步的目的是提供所述分析试剂在痕量铅、镉、汞测定中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

*除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。

A.本发明提了一种新的分析试剂，它具有下述结构式：

其命名为：1-(对乙酰基苯)-3-(8-喹哪啶)-三氮烯。

B.本发明提供了一种所述分析试剂的制备方法，该法采用下述步骤：

(1)将0.01mol的4-乙酰基苯胺和5mL浓盐酸混合搅拌(可按比例放大或缩小，随后加入试剂也应随之放大或缩小)，冷却至0～10℃，滴加0.02mol的NaNO₂水溶液，保持温度不变并充分搅拌，直至重氮化反应完全。

(2)在合成的重氮盐中加入0.01moL的8-氨基喹哪啶，保持温度不变，调节反应体系pH值至4～5，反应1.5h后，再调节反应体系pH值至7～8，直至偶合化反应完全；

(3)将反应产物抽滤，低温烘干得粗品，粗品经乙醇重结晶2～3次，即得到所需的分析试剂。

C.本发明基于新合成的分析试剂，提供了测定痕量铅、镉、汞的新方法，并将该方法应用于环境样品的分析测试中：

(1)样品前处理——对于环境水样，清洁水样可直接测定，有机物含量高的样品需消解后再测定，具体消解方法见实施案例。对于土壤和植物样品，也需微波消解后再测定，具体消解方法见实施案例。

（2）柱前衍生——在样品消化液中加入0.1%的本发明试剂的乙醇溶液5mL，调节pH值到近中性，再加入pH=4.0的醋酸-醋酸钠缓冲溶液10mL，用水稀释到近刻度，定容到50mL。该溶液以10ml/min的流速通过活化好的反相固相萃取小柱(材料为反相微孔树脂)，富集完后以10ml/min的流速用1.0mL乙醇洗脱，洗脱液准确调整体积为1.0mL，然后用0.45μm针头过滤器过滤，供色谱分析用。

(3)色谱条件——色谱柱为Waters Xterra^TMRP₁₈(5μm,3.9×150)，流动相为：A 0.05mol/L pH=4.5的醋酸－醋酸钠缓冲溶液，B乙腈；以体积比按：0min(A 70%＋B 30％)，10min(A 40%＋B 60％)线性递增的梯度变化，进样体积为20μL,检测波长为460nm。

本发明提供的分析测定方法的工作原理：

本发明所述试剂可和铅、镉、汞生产稳定的疏水性络合物，由于中心离子不同，络合物的疏水性有差异，和反相色谱固定相的作用力也有差异，从而在反相色谱柱上可达到分离。重金属元素在紫外-可见光区没有吸收，但和本发明的衍生试剂络合后形成大的共轭体系，在可见光区有强烈吸收，从而可用光度检测器实现灵敏检测。

——详细实验条件

铅、镉、汞与本发明试剂在弱酸性条下生成稳定的络合物,pH在3.6～5.2范围内络合物均稳定,因此本发明选用加入pH 4.5醋酸-醋酸钠缓冲液10ml控制显色酸度，以确保形成稳定的络合物。本发明试剂的用量也影响络合物的生成，为了让待测定的金属离子完全反应，络合试剂的量必须过量，在本发明中，络合试剂用乙醇配成0.1%的溶液，用量在1.0ml左右可让待测定的重金属离子完全反应,考虑到其它共存离子也会与试剂反应消耗试剂，因此试验选择试剂用量为5.0ml。试验结果表明，络合物生后在10h内吸光度能保持不变，说明络合物非常稳定。

由于本发明试剂与铅、镉、汞生成的络合物在弱酸性条件下稳定，因此实验选用pH=4.5的醋酸－醋酸钠缓冲溶液(A)和乙腈(B)为流动相，梯度洗脱具有较好的分离效果，因此实验选用梯度洗脱；以体积比按：0min(A70%＋B 30％)，10min(A 40%＋B 60％),线性递增的梯度条件可使铅、镉、汞的络合物与其他干扰元素的络合物完全分离，因此实验选用该流动相条件。

样品中铅、镉、汞络合物的色谱峰均由其保留时间及二极管矩阵检测器所记录各峰的光谱图与标样对照确认；并对各个测定样品作了峰纯度分辨，证明铅、镉、汞络合物的色谱峰均达到完全分离，由二极管矩阵检测器所记录光谱图可知：铅、镉、汞的络合物在460nm处均有较大吸收，因此本发明中选择460nm为检测波长。

在本实验的显色条件下，除Pb²⁺，Cd²⁺，Hg²⁺外，其它离子Ni²⁺，Cu²⁺，Ag⁺，Zn²⁺，Pd²⁺等也会与试剂反应生成络合物，因此我们做了干扰实验，对于1.0μg的Pb²⁺，Cd²⁺，Hg²⁺，干扰离子允许量为：Ni²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺（1000μg）；Ag⁺，Pd²⁺(500μg)；方法的选择性很好。

用峰面积定量法得工作曲线，结果见表1，进样量为20μL时，根据信燥比S/N=3，算得各组分的检测限，结果见表1。表中A为峰面积，C单位为(μg/L)。

表1回归方程、相关系数及检测限

本发明合成了新试剂1-(对乙酰基苯)-3-(8-喹哪啶)-三氮烯，和传统试剂相比，本发明试剂合成路线简单，生产容易实现；该试剂和铅、镉、汞生成的络合物非常稳定，络合物在液相色谱分析过程中不分解，非常适合作为液相色谱测定重金属元素的衍生试剂。本发明试剂由于共轭体系大，铅、镉、汞与该试剂生成的络合物的摩尔吸光系数均超过2.0×10⁵L.mil^-1.cm^{- 1}，灵敏度和传统试剂相比有显著提高。本发明还采用了固相萃取富集，由于方法富集倍数可达50倍，固相萃取富集使方法的检测灵敏度进一步提高，方法可检测ng/mL级的重金属元素。方法平行7次测定，3种重金属的相对标准偏差在3.2-4.3%范围内，方法测定结果用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法作对照，结果相符合，说明方法测定结果可靠。

具体实施方式

通过下面给出的具体实施例和典型应用实施例，可以进一步清楚地了解本发明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

——分析试剂的合成与鉴定

将0.01mol的4-乙酰基苯胺和5mL浓盐酸混合搅拌(可按比例放大或缩小，随后加入试剂也应随之放大或缩小)，冷却至0～10℃，滴加0.02mol的NaNO₂水溶液，保持温度不变并充分搅拌，直至重氮化反应完全。在合成的重氮盐中加入0.01moL的8-氨基喹哪啶，保持温度不变，调节反应体系pH值至4～5，反应1.5h后，再调节反应体系pH值至7～8，直至偶合化反应完全；反应产物抽滤，低温烘干得粗品，粗品经乙醇重结晶2～3次可得纯品。

化合物熔点186-189℃。红外光谱(KBr压片)：3385和3354cm^-1处有-NH-和-NH₂吸收峰；1750处有-C=O吸收峰；1621、1550、1482cm^-1处有-C=C-及-C-N-吸收峰；1658cm^-1有-N=N-吸收峰；1315cm有Ar-N吸收峰。核磁共振氢谱：(¹HNMR)，δC2.54(s,3H)；2.60(s,3H)；4.26(brs,1H)，5.18(brs,2H)，7.92(d，2H)；7.64(d，2H)；7.12(d，1H)；7.08(m，1H)；7.32-7.39(overlap，3H)。质谱：ESIMS，m/z，306[M+H]⁺；高分辨质谱：HRESIMS，m/z，306.1350[M+H]⁺。通过上述数据并结合合成路线可证实化合物为目标产物。

实施例2

——环境水样中铅、镉、汞的测定

对于清洁水样，依据几种重金属元素的实际含量，取水样适量，用硝酸酸化后直接供测定用，对于有机物含量高的废水，取适当体积的水样浓缩到10mL，加入1mL的浓硝酸和3mL的过氧化氢，于微波消化炉中用800W的功率消解10min；消解完后于电热板上加热蒸发到近干，用10mL 1%的盐酸溶解残渣，转入50mL的容量瓶中，供测定用。

在待测样品溶液中加入浓度为0.1%的本发明试剂的乙醇溶液5mL，调节pH值到近中性，再加入pH=4.0的醋酸-醋酸钠缓冲溶液10mL，用水稀释到近刻度，定容到50mL。该溶液以10ml/min的流速通过活化好的反相固相萃取小柱(材料为反相微孔树脂)，富集完后以10ml/min的流速用1.0mL乙醇洗脱，洗脱液准确调整体积为1.0mL，然后用0.45μm针头过滤器过滤，供色谱分析用。色谱柱为Waters Xterra^TMRP₁₈(5μm,3.9×150mm)，流动相为：A 0.05mol/L pH=4.5的醋酸－醋酸钠缓冲溶液，B乙腈，以体积比按：0min(A 70%＋B 30％)，10min(A 40%＋B 60％)线性递增的梯度变化，进样体积为20μL,检测波长为460nm；采用工作曲线法，峰面积进行定量。方法测定结果用电感耦合等离子体质谱法作对照，结果相符合，说明环境水样中铅、镉、汞的测定，本发明的方法结果可靠。

实施例3

——土壤中铅、镉、汞的测定

称取土壤样品0.5-1.0g于聚四氟乙烯微波消化瓶中，加入2mL高氯酸和5mL氢氟酸，于微波消化炉中用800W的功率消解15min；消解完后于电热板上加热蒸发到近干，用10mL 1%的盐酸溶解残渣，转入50mL容量瓶中；供测定用。

在待测样品溶液中加入浓度0.1%的本发明试剂的乙醇溶液5mL，调节pH值到近中性，再加入pH=4.的醋酸-醋酸钠缓冲溶液10mL，用水稀释到近刻度，定容到50mL。该溶液以10ml/min的流速通过活化好的反相固相萃取小柱(材料为反相微孔树脂)，富集完后以10ml/min的流速用1.0mL乙醇洗脱，洗脱液准确调整体积为1.0mL，然后用0.45μm针头过滤器过滤，供色谱分析用。色谱柱为Waters Xterra^TMRP₁₈(5μm,3.9×150mm)，流动相为：A 0.05moL/L pH=4.5的醋酸－醋酸钠缓冲溶液，B乙腈以体积比按：0min(A 70%＋B 30％)，10min(A 40%＋B 60％)线性递增的梯度变化，进样体积为20μL,检测波长为460nm。采用工作曲线法，峰面积进行定量。方法测定结果用电感耦合等离子体质谱法作对照，结果相符合，说明土壤中铅、镉、汞的测定，本发明的方法结果可靠。

实施例4

——植物样品中铅、镉、汞的测定

准确称取植物样品0.5g于聚四氟乙烯微波消化罐中，加入5mL浓硝酸和8mL 30%H₂O₂，于微波消化炉中消化20min；消化完后于电热板上加热蒸发至近干，用20mL 5%的硝酸溶解残渣，转入50mL容量瓶中供测定用。

在待测样品溶液中加入浓度为0.1%的本发明试剂的乙醇溶液5mL，调节pH值到近中性，再加入pH=4.5的醋酸-醋酸钠缓冲溶液10mL，用水稀释到近刻度，定容到50mL。该溶液以10ml/min的流速通过活化好的反相固相萃取小柱(材料为反相微孔树脂)，富集完后以10ml/min的流速用1.0mL乙醇洗脱，洗脱液准确调整体积为1.0mL，然后用0.45μm针头过滤器过滤，供色谱分析用。色谱柱为Waters Xterra^TMRP₁₈(5μm,3.9×150mm)，流动相为：A 0.05moL/L pH=4.5的醋酸－醋酸钠缓冲溶液，B乙腈以体积比按：0min(A 70%＋B 30％)，10min(A 40%＋B 60％)线性递增的梯度变化，进样体积为20μL,检测波长为460nm。采用工作曲线法，峰面积进行定量。方法测定结果用电感耦合等离子体质谱法作对照，结果相符合，说明植物样品中铅、镉、汞的测定，本发明的方法结果可靠。

Claims (3)

1.一种具有通式(Ⅰ)的分析试剂：

其命名为1-(对乙酰基苯)-3-(8-喹哪啶)-三氮烯。

2.一种权利要求1所述分析试剂的制备方法，其特征在于，该方法采用以下步骤：

(1)重氮盐合成——将0.01mol的4-乙酰基苯胺和5mL浓盐酸混合搅拌(可按比例放大或缩小，随后加入试剂也应随之放大或缩小)，冷却至0～10℃，滴加0.02mol的NaNO₂水溶液，保持温度不变并充分搅拌，直至重氮化反应完全；

(2)重氮盐偶合化——在步骤1合成的重氮盐中加入0.01moL的8-氨基喹哪啶，保持温度不变，调节反应体系pH值至4～5，反应1.5h后，再调节反应体系pH值至7～8，直至偶合化反应完全；

（3）产物提纯——将步骤(2)的产物抽滤，低温烘干得粗品，粗品经乙醇重结晶2～3次，即得到所需的分析试剂。

3.权利要求1所述的分析试剂，应用于环境水样、土壤和植物样品中铅、镉、汞的测定。